并联电容器组不平衡保护在供电系统中的应用

陈勤娇吴昊

（国网上海市北供电公司，上海200072）

摘要：介绍了供电系统中电容器保护装置的典型配置，通过对比说明了两种不平衡保护的优缺点。

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关键词 ：供电系统；并联电容器组；不平衡保护

0引言

随着电网的蓬勃发展，社会对电力能源的逐步依赖给供电系统带来了新的考验，而传统较小容量的变压器已不能满足日益增长的负荷需求，因此新建变电站的主变容量较以往有所增大，变压器的扩容也使得其对电网的无功补偿有了新的要求。

1电容器保护概述

1.1电容器保护原理

电容器是一种重要的无功补偿设备，作用在于减少电网中输送的无功功率，有效降低有功电量的损失，达到改善电压质量的目的，在电力系统中被广泛采用。目前供电系统中普遍安装了高压并联电容器组，通过电压无功控制系统（VQC）或定时投切输送容性无功功率，以补偿用电设备的感性无功功率，从而提高功率因数，达到节约电能和降低线损的目的。

但同时，作为电力设备，电容器发生故障时危害也是不容忽视的，如渗漏油、外壳变形膨胀等，都会影响系统的正常运行，当某电容器发生内部元件或外壳绝缘击穿时，会使其他正常运行的电容器对该故障电容器释放非常大的能量，可能造成电容器爆炸乃至引起火灾。除此之外，电容器自身制造工艺不良、日常运行电压过高、谐波分量大、发生操作过电压等也会导致电容器爆炸。因此，为其量身定做合理的保护装置，可以有效避免电网由于电容器损坏而发生重大事故。

1.2电容器保护种类

按照电容器发生故障的原因，电容器保护可分为两大类：一种是异常运行状况，如过电压、低电压运行对电容器本身的安全运行造成危害，针对该类故障，配备了过电压保护（以往常用放电PT二次相电压，现常用系统母线电压为采样值）和低压保护；另一种则是电容器装置自身的内部故障，包括并联电容器组与断路器之间的短路故障，由此装设了相过流保护、零序电流保护以及不平衡电流（电压）保护。在这里，我们着重讨论供电系统中并联电容器组的不平衡电流（电压）保护。

2并联电容器组中性点不平衡保护的应用现状

现上海地区的供电系统中，35kV降压变电站中电容器装置普遍的配置是：（相/零序）过电流保护、中性横差（即不平衡电流）保护、过电压（放电PT）保护；而新建的110kV降压变电站中，电容器装置的保护配置则为：（相/零序）过电流保护、零序电压（即不平衡电压）保护、过电压（母线PT线电压）保护。有明显区别的是过去广泛使用的是不平衡电流保护，而现今新的保护配置采用的是不平衡电压保护，针对这一变化，我们从保护的原理出发作深入研究。

2.1不平衡电流保护原理

为防止电容器爆炸，电容器组的接线方式通常采用星形接线，因为当电容器组发生电容器击穿短路时，由于故障电流受到了非故障相容抗的限制，使得来自系统的工频电流大大减少，只有来自同相健全电容器的涌放电流，并无其他两相的，因此很少会发生油箱爆炸事故。

当电容器组中电容器台数较多时，可将其分为两组，连接成两组星形接线，在两组星形的中性点连线上装设横差保护（即中性点不平衡电流保护）。在系统正常运行时，电路中电容器的三相容抗对称，两个星形的中性点电位相等，且没有电流通过。而当电路中任一相的电容器发生击穿故障时，两个星形中性点将会流过不平衡电流，达到整定值后，通过中性横差保护出口切除电容器断路器。在以往的大多数35kV降压变电站中，电容器保护装置都采用了这一保护方式。

2.2不平衡电压保护原理

通常在每一相电容器组的两端会装设放电PT的线圈，这样既能正确反映电容器两端的端电压以及内部故障后产生的不平衡电压，在电容器组与母线断开时放电PT又能作为一条通路将电容器中的剩余电荷尽快释放掉，从而保护人身和设备的安全。

不平衡电压保护的原理就是当把电压互感器作为电容器组的放电电阻时，PT的一次线圈与该电容器并联成为放电线圈，其二次线圈中的一套则接成开口三角接线，在开口处连接一只较低整定值的电压继电器。在系统正常运行时，所采得的三相电压较为平衡，开口处电压则为0，当某一相电容器发生故障时，三相电压不平衡，开口处就会出现零序电压，不平衡电压保护就是利用这个零序电压值来启动继电器并接通跳闸回路，切除整组电容器，从而起到保护电容器组的目的，因此该保护也被称为零序电压保护。目前，在新建的110kV降压变电站中普遍用不平衡电压保护来代替不平衡电流保护。

2.3不平衡电流保护与不平衡电压保护的应用范围

在2008年国家电网公司修订的Q/GDW212—2008《电力系统无功补偿配置技术原则》中：“7.1.2当35～110kV变电站为电源接入点时，按主变压器容量的15%～20%配置。”“7.2110（66）kV变电站的单台主变压器容量为40MVA及以上时，每台主变压器配置不少于两组的容性无功补偿装置。”

根据以上规定，本公司所管辖的变电站内电容器组容量的选择按主变容量的15%来配置。

以富锦站为例，该站为35kV降压变，三主变四分段接线，两台主变均为20MVA，每台主变带一个电容器组，则该电容器组的容量应为3000kvar，分为甲组（1800kvar）和乙组（1200kvar），电容器型号均为100kvar的BAM113?100?1W，即甲组有18台电容器，乙组则有12台，均采用双星形接线方式，因此该电容器保护中配置的是中性横差（即不平衡电流）保护。

另以110kV降压变罗智站为例，该站为三主变六分段接线模式，每台主变容量为80MVA，则该主变应配置12000kvar的电容器组，且不少于两组，若仍使用以往100kvar容量的电容器，需要120台电容器，占地面积较大，且不够经济，因此该站采用了容量334kvar的BAM113?334?1W电容器，分三组，容量分别为3006kvar（9台电容器）、4008kvar（12台电容器）、5010kvar（15台电容器），从每组电容器台数来看，仅能构成单星形接线，因此无法使用中性横差保护。而零序电压（不平衡电压）保护也能起到保护电容器的目的，在功能上可以取代不平衡电流保护。

2.4并联电容器组不平衡保护的优缺点

零序电压保护的优点是灵敏度高、动作可靠性强、占地面积小，且很好地利用了放电PT原本作备用的开口三角绕组，经济性显著提高，目前广泛应用于单星形接线的电容器组中。但是当母线的三相电压不平衡时，所采样到的零序电压如持续超过整定值，则可能造成保护发误动，且不能指示故障相位。

不平衡电流保护方式较为简单，当发生系统电压不平衡或单相接地故障等情况时，都不会引起误动作。但由于是通过两个星形中性点之间产生的差流来启动保护动作，因此不能够识别故障相且无法检测到三相平衡故障和两组对称的故障。就单个保护而言，不平衡电流保护比零序电压保护精度更高，但占地面积增大，且需另配置中性横差CT，与零序电压保护相较显得不够经济。

因此，选用何种并联电容器组不平衡保护，需综合考虑电网对保护灵敏度的要求、实际电容器所允许的接线方式以及经济性。为扬长避短，变电站内普遍采用不平衡保护与电容器过电流、过电压保护结合组成的整套保护装置，以提高动作准确性。

3结语

通过整套电容器组保护装置的配置，能够在电容器组发生故障时准确且及时地切除故障，随着变电站内主变扩容，所需无功补偿的容量增大，电容器的配置发生了明显的变化，其保护的手段也应作出相应的变化调整。经过对比发现，不平衡电压（零序电压）保护由于对电容器接线的要求较低，并且能降低新建以及日常维护成本，在今后的使用中更具有优势。

收稿日期：2015?07?06

作者简介：陈勤娇（1984—），女，上海人，助理工程师，主要从事继电保护工作。